ー電池のしくみ(4)最近、最も身近で使われている充電池は、リチウムイオンバッテリーではないでしょうか?携帯、スマホ、パソコン、タブレットなど、小型で大量の電力を消費するような端末には必ずと言って良いほどリチウムイオンバッテリーが使われています。その原理についてはあまり知られておらず、かつては充電池といえば「ニカド」や「ニッケル水素」だったため、その頃の名残で沢山の誤解が生まれているのが現状です。今回は、そんなリチウムイオンバッテリーの原理や特徴についてご説明していきます。大きなエネルギーを持ったリチウム(リチウムイオンバッテリー_Wikipedia)「リチウムイオン」と言う名前が付いているだけあって、電子の移動にはリチウムイオンが使われています。電池の内部はリチウムイオンを貯蔵する陰極とリチウムと反応して電子の受け渡しをする陽極に分かれており、充放電の際にリチウムイオンがせわしなく動きまわるのがリチウムイオンバッテリーです。リチウムの最大の特徴は、「イオン化傾向」が非常に高いこと。化学反応が非常に発生し易い物質だということです。電池は化学反応によって電気を発生させているため、化学反応の起き易さはそのまま電気的エネルギーの高さに繋がります。言ってみれば、リチウムと言うのは大きなエネルギーを持った物質だということです。酸素との燃焼反応の起こり易さは驚くほどで、水につければ水に含まれる酸素原子と反応を起こし、空気中でも空気に含まれる水分を使って反応が始まります。ちなみに、リチウムイオンバッテリーが爆発するのは、実はこのリチウムの特性が原因だったりするのですが、それについては別の機会にご説明しましょう。リチウムイオンは高エネルギーで化学反応が起こりやすい意外にも重要な特性があります。それは、非常に小さくて軽い物質だということです。何と原子番号3番で、理屈の上では空気に浮きます。実際には金属元素なので常温で気体としては存在せず、水素やヘリウムのように風船に入れて浮かせる事はできません。軽くて小さくて高出力というのは携帯する電池を考える上では非常に重要な要素です。携帯の電池パックを取り出してみるとわかりますが、普通の乾電池より沢山の電力を発生させられるにもかからず、小さくて軽いです。リチウムを反応させるために陽極で使っているのがニッケルではないため、使いきる前に充電すると容量が少なくなるメモリー効果などの発生が少なく、放置しているだけで容量が減る自然放電も少ないというのも特徴の一つです。そのため、継ぎ足し充電を繰り返しても気にならず、頻繁に充電する機器にはぴったりです。リチウムイオンバッテリーの原理リチウムイオンの陽極や陰極にあるリチウム貯蔵物質には様々な物質が使われていますが、基本的な原理は皆同じです。Li化学反応式を見ると、リチウムが単体で存在している様に見えますが、これはニッケル水素電池の時と同じように貯蔵物質であるカーボンなどにリチウムが貯蔵されており、通電するとリチウムがイオン化して陽極へ移動するのです。充電の際には、リチウムイオンがコバルトから外れて陰極へと移動していきます。電解液を見ると今までに見たことのないような物質が使われています。実は、リチウムは水と反応してしまうため、水溶液の類が使えません。一般に、エチレン系などの有機溶媒が使われます。電解液に有機溶媒を使う副次的なメリットとして、液漏れなどが起こる心配が無く、ある程度の低温状態きちんと動作する点があります。それが発火の原因の一つにもなっているので、メリットばかりではありません。このように、電解液に水は使えませんでしたし、リチウムを貯蔵する陰極の物質やリチウムと安定的に反応してくれる陽極の物質がなかなか発見されなかったため、実用化された時期は他の充電池と比べるとかなり遅いです。一見するとシンプルな反応に見えますが、リチウムイオンバッテリーを理解する上では化学式を見るだけでは不十分です。含まれていませんが、リチウムイオンバッテリーにはそれ以外にも多数の機構が組み込まれています。来るべき電気飛行機の時代、そこに立ちはだかる壁とは?アメリカの航空会社は近年、預ける荷物やソフトドリンク、また持ち込み手荷物の有料化やCAへのチップ支払いなど、サービスの料金体系を少しずつ変化させています。LCCの台頭にパイロット不足なども重なり、航空業界のサービスは今大きなターニングポイントを迎えつつあります。サービス面だけでなく、航空業界ではひとつの大きな流れとして、飛行機の機体そのものの変革も進んできています。この記事では、新世代の飛行機の方向性と、それを支える重要なテクノロジーについて解説します。[—続きを読む—]GPSのしくみと消費電力の関係、どうすれば電池を節約できる?GPSはスマホやカーナビについていて当たり前の技術であり、超小型のIoT機器にも導入されています。GPS衛星と通信していると考えると何やら凄そうに聞こえますが、そのしくみは意外にシンプルです。その割には電池の消費が激しく、電池の節約にGPSのオフは欠かせません。凄そうに見えて簡単な、簡単な癖に面倒な、GPSのしくみと消費電力について解説しましょう。そのしくみを踏まえた上で、節約の方法についても考えてみます。[—続きを読む—]フェイズドアレイアンテナと未来の通信技術、電波を重ねる強力なビームフォーミング軍事技術のレーダーに関する記事で、フェイズドアレイアンテナについてご説明させていただきました。この記事ではあくまでレーダーの技術として扱っていますが、フェイズドアレイアンテナは通信技術にも使える高度なアンテナです。2016年1月には三菱電機が次世代通信技術としてフェイズドアレイアンテナを使った通信技術を発表しましたが、スマホの発達とデータの高密度化に伴って無線通信技術にもフェイズドアレイアンテナのようなアンテナが使われる時代が近づいています。フェイズドアレイアンテナを使った通信技術と聞くと仰々しいですが、フェイズドアレイアンテナのように「電波を重ねる」事で電波を遠くに飛ばす技術は既に身近で使われています。皆さんが普段使っているLTE通信や新しいWi-Fiルーターに搭載されている11ac規格も、ビームフォーミングと呼ばれる「電波を重ねる」通信技術に対応しているのです。今までにはなかったこの新しい通信技術について、簡単にご説明していきましょう。燃料電池車がにわかに話題になっていますが、燃料電池の「燃料」とはいわゆる水素の事。水素以外にも使える燃料電池に使える燃料は沢山あるのですが、どんな燃料を使ってもそれは水素を含んでいて、最終的に発電しているのは水素です。水素で発電すると水が発生するというのですが、水素は燃やしても水になります。reserved.Top。